地震动随机过程的正交展开

介绍了随机过程Karhunen-Loeve分解的基本原理,指出了其在随机过程展开中所具有的优势与局限性．针对Karhunen-Loeve分解在求解特征问题中存在的困难,采用Hartley正交基作为展开函数,发展了一类基于Hartley正交基的随机过程展开方法．考虑到直接对地震动加速度随机过程实施正交展开,很难达到以较少展开项数反映原随机过程的目的．为此,提出了从地震动位移过程的正交展开出发,引入一类能量等效原理,获得了地震动加速度随机过程的正交展开式,进而将地震动随机过程展开为由10个独立随机变量所调制的确定性函数的线性组合形式．     

地震动非平稳性对大跨度空间结构随机地震响应的影响

为了进一步完善大跨度空间结构的随机地震响应分析理论,提出了一种简便的、近似计算非平稳地震激励下结构峰值响应均值的算法,数值模拟了某体育馆大型网壳结构在平稳和非平稳地震激励下的随机地震响应．研究表明,考虑地震动的非平稳性后,各杆件的峰值响应会有不同程度的减小,约7．51％～23．3％;同时考虑行波效应和地震动非平稳性时,在地震激励的初期阶段,结构响应方差会发生变化,但不会给结构的峰值响应均值带来明显差异;不同地面视波速时,峰值响应均值的减小程度不同．由此得出,所提出的近似算法能够大幅度地减少大跨度空间结构随机地震响应分析的计算量;对于大跨度空间结构的随机地震响应分析,尤其当结构的阻尼比和自振频率很低时应考虑地震动的非平稳性;在分析地震动非平稳性的影响时,应同时考虑地震动的行波效应．     

地震动作用下结构响应与地震动强度指标的回归分析

通过对地震动作用下五层框架的顶点位移和表征地震动强度的特性参数进行回归对比分析，验证特征峰值表征地震动非平稳特性的可行性。     

于曹闸结构地震动时程响应研究

基于ANSYS计算程序,构建了软土地基上的水闸结构三维有限元模型,针对其特有的地质条件和高烈度区抗震要求,考虑水闸-地基-水体的作用,进行了地震动时程分析。研究了水闸结构的地震动位移和应力的变化规律,研究成果为豫北地区水闸结构设计与施工提供了参考依据。     

非平稳地震动场的随机函数模拟

为了精细化模拟随机地震动场,建议了一类2D-1V随机地震动场模拟的随机函数方法.该方法在2D-1V时空随机场的原始谱表示基础上,通过将原始谱表示中的正交随机变量均定义为基本随机变量的正交函数形式,实现了仅用两个基本随机变量即可精细地模拟随机地震动场的目的.同时,通过引入快速傅里叶变换技术,极大地提高了本文方法的模拟效率.通过一个时频非平稳随机地震动场的算例分析,表明了本文方法在模拟效率上与传统谱表示方法大致相当,但本文方法的模拟精度更高.此外,由于本文方法仅需2个基本随机变量来表达随机地震动场,从而可利用数论方法生成具有完备概率的代表性样本集,这将为应用概率密度演化理论进行复杂结构的随机地震反应和抗震可靠度分析奠定坚实的基础.     

矩形刚性基础多分量地震动随机模型

基于地震动随机场理论，给出了刚性平面基础六个运动分量的功率谱矩阵。矩形基础的研究结果表明，基础的刚性作用和地震动空间变化使基础的运动小于对应的自由场运动，尤其是高频地震动成分。给出的刚性基础地震动随机械型可用于建筑结构在多分量地震动作用的响应分析。     

考虑地震动空间效应的城市高架桥梁地震碰撞响应分析

分析了地震动空间效应对城市高架简支梁桥和多跨连续梁桥地震碰撞响应的影响．拟合了与规范反应谱相一致且考虑空间效应的人工地震波；建立了两种桥型的有限元模型；数值仿真并比较分析了一致激励以及仅考虑行波效应、仅考虑部分相干效应和同时考虑行波效应与部分相干效应的非一致激励等4种激励情况下，两种桥型的非线性地震碰撞响应．结果表明：地震动空间效应对桥梁地震碰撞响应的影响显著，且对连续梁桥的影响更为明显；考虑地震动空间效应会使桥梁的撞击力明显增大，同时考虑行波效应与部分相干效应时增幅最大；随着视波速的提高，地震动空间效应的影响逐渐减弱．因此，在城市高架桥梁地震碰撞响应分析中，必须考虑地震动空间效应的影响.     

地面地震动时程向地层深处反演研究

根据线性滞回阻尼理论和土层的频域本构关系,以Matlab为平台编制了计算机程序,对水平成层土的暂态地震响应进行了频域内的反演,从而利用土层特性和地面地震动时程得到了地层深处的地震动时程,并在数值实验中采用SHAKE91程序进行正演验证。算例分析结果表明,该反演方法能够较好地模拟出地层深处的地震动时程。     

基于建筑抗震规范的随机地震动时程生成

基于建筑抗震规范反应谱,利用反应谱与功率谱之间的近似转换关系,将规范反应谱转换为功率谱,并结合强度调制函数来构造演变功率谱.应用非平稳随机过程模拟的谱表示—随机函数方法,即可生成随机地震动的代表性时程集合.为了使生成的随机地震动代表性时程能够应用于工程结构抗震设计,需要对功率谱进行迭代修正,直到代表性时程的平均反应谱与规范反应谱拟合一致.结果表明,该方法简便有效,具有足够精度,可在实际工程中推广使用.     

利用正交Hilbert谱模拟非平稳随机地震动

基于样本记录正交HHT变换的Hilbert谱提出了非平稳随机地震动过程的模拟方法。 利用正交EMD法对IMF分量进行处理,克服了传统EMD分解存在能量泄漏的缺点,使正交HHT法可以精确分析非平稳信号的时频特性。在此基础上,把样本的Hilbert谱均值作为地震动随机过程的目标Hilbert谱,引入随机相位角来进行非平稳随机地震动过程的仿真,并且给出了随机过程的统计特性函数。通过对2个地震动记录的模拟,验证了模拟的地震动样本,能完全反映原记录强度和频率的非平稳特性,在时频分布上和原记录非常接近,具有相同的统计特征,并且模拟样本之间也具有良好的离散性。     

空间网架结构随机地震动激励下的响应分析

以上海大众仪征五厂的车身车间网架结构为研究对象,采用随机振动法,分别对结构进行独立的3向正交随机地震动激励作用下的动力响应分析.结果表明:该结构具有振型密集、频率变化均匀的特点,在地震动激励作用下可能首先发生扭曲破坏;在水平方向的随机地震动激励作用下,虽然结构整体安全,但是其下弦中的几根杆件发生破坏以及上弦中1号截面杆件的拉压应力值较大.在x和y方向的随机地震动激励作用下,上弦和下弦中1号截面杆件产生的拉压应力值的差值较大,其它截面的杆件应力值的差值较小.     

基于改进随机地震动模型的概率反应谱

结合我国现行抗震规范(GB 50011—2010),给出一种改进随机地震动模型的相关参数。推导单自由度体系(SDOFS)弹性加速度需求的条件概率模型,进而建立弹性SDOFS的概率加速度需求谱以及概率位移需求谱。在此基础上,据强度折减系数R与延性系数μ之间的关系,确定SDOFS非弹性位移需求的条件概率分布函数,进而运用随机振动理论和概率方法,建立非弹性SDOFS在给定强度地震作用下及50 a设计基准期内的概率位移需求谱。从美国太平洋地震工程研究中心收集大量实测地震记录,基于大量SDOFS动力时程分析的统计结果,对本文方法所得的理论结果进行Monte Carlo数值验证。研究结果表明:该理论方法准确、合理,且计算效率高。     

有子午向随机缺陷旋转壳的随机响应研究

根据大型工业冷却塔的施工情况,本文采用半解析半有限元及统计分析的方法,对具有子午向随机几何缺陷双曲冷却塔旋转壳的动力特性及随机阵风响应特性进行了研究。     

青川4.0级地震斜坡地震动响应监测数据分析

自从“5.12”汶川地震后,青川余震一直持续,本文以2015 年 9月23日青川级余震监测数据进行研究。通过对比青川东山监测点的地震动响应结果表明：在河谷部位,水平东西向最大峰值加速度大于水平南北向,而在山脊上则水平南北向最大峰值加速度强于水平东西向;相对于河谷(4#)监测点,东山山脊上6#监测点水平向PGA放大系数最大达到2.0,竖直向PGA放大系数为 4.0,其阿里亚斯强度放大9倍,由于7#监测点靠近“T”字形山体结合处,PGA放大系数有所衰减;谱比分析(HVSR)显示,东山监测点谱比分析的地形放大系数最大可达5.6,且卓越频率多在1.5～3.5Hz之间。研究表明,强震条件下东山斜坡存在明显的地形的放大效应,且位于地形转折处的6#监测点的放大效应最显著,故在山区进行工程活动及选址规划时应充分考虑局部地形放大效应作用,以避免震裂、崩塌、滑坡等次生地质灾害带来的危害。     

地震动入射角度对盆地地震响应的影响

为了研究不同入射角度地震动作用下盆地地表地震响应,基于ABAQUS软件显式有限元计算平台,针对某一45°坡角的盆地,以狄拉克脉冲作为输入SV波,探讨了地震波倾斜入射角度改变时盆地地表峰值位移(PGD)等的变化特征.结果表明:入射波作用角度由0°,5°,10°,15°,20°,25°,30°依次增加时,盆地地表PGD表现出先增大后减小的趋势;当入射角度为10°时,地表PGD达到最大值,为输入地震波位移幅值的7.69倍,说明若按垂直入射进行地震响应分析所得结果将偏于不安全;较垂直入射情形,地震波倾斜入射时盆地表现出更为显著的边缘效应,边缘PGD最大值约为盆地中心PGD的1.3倍;地震动响应聚焦区域会随入射角度的增大逐渐向盆地右侧偏移.     

不同储液率大型储油罐的地震动响应

地震中储油罐的损伤,不仅会造成土壤的污染,也可能会引发火灾等重大次生灾害。本文针对黄土地区储油罐的动力灾变性能进行相关研究,获取不同类型地震动作用下储油罐的动力响应,获取油罐的壁板位移响应和液体晃动状态特性。结果表明:随着储液率的增大,储液罐的等效应力、壁板的速度、加速度等均有所增大,等效应力位置也有所变化;随着储液率的增大,储存液体的晃动波高逐渐增大,液体动压力也有所增大,最大动压力的位置也随着储液率的不同而有所变化。     

平稳地震动过程的正交展开-随机函数模型

在随机过程正交展开的基础上,建议了一类随机过程的正交展开-随机函数模型.将随机过程展开为标准正交基函数与标准正交随机变量的线性组合形式.利用随机函数的思想,将展开式中的标准正交随机变量表达为基本随机变量的函数形式,通过3种常用正交函数形式的构造,实现了用一个基本随机变量表达原随机过程的目的.与已有的正交展开方法相比,本文方法所需基本随机变量的数量最少,且能获取精确的二阶统计量信息.结合平稳地震动加速度过程的功率谱密度函数,进行了平稳地震动过程的正交展开-随机函数模型实例分析,验证了本文方法的有效性和优越性.     

青川M_S4.0级地震斜坡地震动响应监测数据分析

自从"5·12"汶川地震后,青川余震一直持续。以2015年9月23日青川M_S4.0级余震监测数据进行研究。通过对比青川东山监测点的地震动响应结果表明:在河谷部位,水平东西向最大峰值加速度大于水平南北向,而在山脊上则水平南北向最大峰值加速度强于水平东西向;相对于河谷(4#)监测点,东山山脊上6#监测点水平向PGA放大系数最大达到2.0,竖直向PGA放大系数为4.0;谱比分析(HVSR)显示,东山监测点谱比分析的地形放大系数最大可达5.6;且卓越频率多在1.5~3.5 Hz之间。研究表明,强震条件下东山斜坡存在明显的地形的放大效应;且位于地形转折处的6#监测点的放大效应最显著。     

地震动摆动作用下室内浮放设备的响应

将浮放设备简化为刚性块体，研究了地震动摆动基础上，刚性块体的摇晃，倾覆响应，发现响应对初始条件十分敏感，具有浑沌特性，求得块体响应与激励参数关系图。     

地震动扭转分量对基础隔震结构响应的影响

讨论了获得扭转地震加速度的原理,并通过编制Matlab程序获得了LIMON COSTA RICA地震波的绕z轴扭转加速度分量。对一个12层基础隔震结构进行ANSYS软件时程分析,对结构模型输入LI-MON COSTA RICA地震波扭转加速度分量以及平动加速度分量,进行时程分析,研究结果表明:地震动绕z轴扭转分量对隔震支座的影响很小,以后还需针对不同的结构类型和地震动做更多的研究。